Mikroprosessor dan Mikrokontroller: Motor Stepper

[Home]
[Go to Bottom]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan bahan

3. Dasar teori
4. Program

5. Flowchart
6. Rangkaian Simulasi
7. Video rangkaian
8. Link download

APLIKASI MOTOR STEPPER
DENGAN MIKROKONTROLLER PIC16F84A

1. Tujuan [kembali]

Mempelajari aplikasi output pada mikrokontroller PIC 16F84A
Mempelajari aplikasi input pada mikrokontroller PIC 16F84A
Mempelajari aplikasi I/O pada mikrokontroller PIC 16F84A

2. Alat dan Bahan [kembali]
a. Module PIC 16F84A

b. MOTOR STEPPER

c. Jumper

d. Rangkaian reset

3. DasarTeori [kembali]
Mikrokontroler PIC16F84 merupakan salah satu mikrokontroler dari keluarga PIC mikro yang popular digunakan sekarang ini, mulai dari pemula hingga para profesional. Hal tersebut karena PIC16F84 sangat praktis dan menggunakan teknologi FLASH memori sehingga dapat diprogram-hapus hinggaseribukali.
Keunggulan mikrokontroler jenis RISC ini dibanding dengan mikrokontroler 8-bit lain di kelasnya terutama terletak pada kecepatan dan kompresi kodenya. Selain itu, PIC16F84 juga tergolong praktis dan ringkas karena memiliki kemasan 18 pin dengan 13 jalur I/O. meskipun demikian, mikrokontroler PIC16F84 bukan termasuk mikrokontroler yang memiliki fitur yang lengkap. Dalam keluarga PICmikro, PIC16F84 tergolong mikrokontroler skala sedang (Mid-Range).
Fitur-Fitur PIC16F84
PIC16F84 bukanlah mikrokontroler yang istimewa dalam keluarga PICmikro. Namun demikian, PIC16F84 cukup mudah dipelajari dan dapat dibilang memiliki kemampuan yang handal sebagai mikrokontroler yang hanya memiliki kemasan 18 pin. Fitur-fitur pada PIC16F84 antara lain:

Kapasitas memori program 1024 x 14 FLASH memori
Ram berukuran 68 byte
Memori data berukuran 64 byte pada EEPROM
Memiliki 13 buah I/O (5 pada PortA dan 8 pada PortB)
Merupakan mikrokontroler RISC, sehingga hanya memiliki 35 macan instruksi
Memiliki Timer 8-bit dengan Prescaler 8-bit
WatchDog Timer (WDT) dengan osilator internal
Fuse untuk kode pengaman
Dapat langsung menghidupkan LED
Pemrograman di dalam sistem (ICSP)
Mode SLEEP untuk menghemat daya
Kemasan fisik 18 pin DIP
Tegangan operasi normal 5 VDC

Deskripsi Pin-Pin

Pin Mikrokontroler PIC16F84

Mikrokontroler PIC16F84 diproduksi dalam kemasan 18 pin PDIP (Plastic Dual In Line) maupun 18 pin SO (Small Outline). Namun yang banyak dipasaran adalah dalam kemasan PDIP. Pin-pin untuk I/O sebanyak 13 pin, yang terdiri atas 5 pin untuk Port A dan 8 pin untuk Port B. Ada beberapa pin pada mikrokontroler ini yang memiliki fungsi ganda, yaitu pin 3, pin 4, pin 12, dan pin 13. Pin 3 dapat berfungsi sebagai pin I/O untuk Port A atau sebagai jalur input untuk clock eksternal. Pin 4 berfungsi sebagai pin reset dan juga dapat digunakan sebagai pin Vpp saat mode pemrograman. Sedangkan pin 12 dan pin 13 masing-masing berfungsi sebagai pin I/O dari Port B namun sekaligus juga dapat berfungsi sebagai pin clock dan data masukan pada pemrograman mikrokontroler.

Pembangkit Clock-Oscilator

Suatu mikrokontroler tidak akan dapat bekerja jika tidak diberi detak (clock) melalui suatu osilator. Osilator adalah rangkaian yang akan memberikan pulsa pada mikrokontroler dan berguna untuk mensinkronkan sistem dalam mikrokontroler tersebut. Untuk mengaktifkan sumber clock ini cukup dengan menambahkan rangkaian pasif saja seperti resistor dan kapasitor (RC Oscilator), kristal atau keramik resonator. Salah satu keistimewaan mikrokontroler PIC16F84 adalah terdapatnya 4 pilihan penggunaan osilator. Untuk pemakaian yang tidak memerlukan pewaktu kritis, bahkan dapat menggunakan sepasang resistor dan kapasitor saja sebagai osilator.
Nilai kristal yang dapat dipakai maksimum adalah 4 MHz atau 10 MHz, hal ini karena mikrokontroler PIC16F84 dibuat dalam 2 versi frekuensi kerja. Untuk menentukan frekuensi maksimumnya dapat dilihat pada badan mikrokontroler. Jika terdapat tulisan PIC16F84-04/P berarti frekuensi maksimum yang diijinkan adalah 4 MHz.

KOMPONEN MOTOR STEPPER

Motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang bekerja dengan mengubah pulsa elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit. Motor stepper bergerak berdasarkan urutan pulsa yang diberikan kepada motor. Karena itu, untuk menggerakkannya diperlukan pengendali motor stepper yang membangkitkan pulsa-pulsa periodik. Penggunaan motor stepper memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan penggunaan motor DC biasa. Keunggulannya antara lain adalah :

1. Sudut rotasi motor proporsional dengan pulsa masukan sehingga lebih mudah diatur.

2. Motor dapat langsung memberikan torsi penuh pada saat mulai bergerak

3. Posisi dan pergerakan repetisinya dapat ditentukan secara presisi

4. Memiliki respon yang sangat baik terhadap mulai, stop dan berbalik (perputaran)

5. Sangat realibel karena tidak adanya sikat yang bersentuhan dengan rotor seperti pada motor DC

6. Dapat menghasilkan perputaran yang lambat sehingga beban dapat dikopel langsung ke porosnya

7. Frekuensi perputaran dapat ditentukan secara bebas dan mudah pada range yang luas.

Jenis-jenis motor stepper

Berdasarkan struktur rotor dan stator pada motor stepper, maka motor stepper dapat dikategorikan dalam 3 jenis sebagai berikut :

a. Motor Stepper Variable Reluctance (VR)

Motor stepper jenis ini telah lama ada dan merupakan jenis motor yang secara struktural paling mudah untuk dipahami. Motor ini terdiri atas sebuah rotor besi lunak dengan beberapa gerigi dan sebuah lilitan stator. Ketika lilitan stator diberi energi dengan arus DC, kutub-kutubnya menjadi termagnetasi. Perputaran terjadi ketika gigi-gigi rotor tertarik oleh kutub-kutub stator. Berikut ini adalah penampang melintang dari motor stepper tipe variable reluctance (VR):

b. Motor Stepper Permanent Magnet (PM)
Motor stepper jenis ini memiliki rotor yang berbentuk seperti kaleng bundar (tin can) yang terdiri atas lapisan magnet permanen yang diselang-seling dengan kutub yang berlawanan. Dengan adanya magnet permanen, maka intensitas fluks magnet dalam motor ini akan meningkat sehingga dapat menghasilkan torsi yang lebih besar. Motor jenis ini biasanya memiliki resolusi langkah (step) yang rendah yaitu antara 7,5⁰ hingga 15⁰ per langkah atau 48 hingga 24 langkah setiap putarannya. Berikut ini adalah ilustrasi sederhana dari motor stepper tipe permanent magnet :

c. Motor Stepper Hybrid (HB)
Motor stepper tipe hibrid memiliki struktur yang merupakan kombinasi dari kedua tipe motor stepper sebelumnya. Motor stepper tipe hibrid memiliki gigi-gigi seperti pada motor tipe VR dan juga memiliki magnet permanen yang tersusun secara aksial pada batang porosnya seperti motor tipe PM. Motor tipe ini paling banyak digunkan dalam berbagai aplikasi karena kinerja lebih baik. Motor tipe hibrid dapat menghasilkan resolusi langkah yang tinggi yaitu antara 3,6⁰ hingga 0,9⁰ per langkah atau 100-400 langkah setiap putarannya. Berikut ini adalah penampang melintang dari motor stepper tipe hibrid :

Berdasarkan metode perancangan rangkain pengendalinya, motor stepper dapat dibagi menjadi 2 jenis yaitu motor stepper unipolar dan motor stepper bipolar.
a. Motor Stepper Unipolar

Rangkaian pengendali motor stepper unipolar lebih mudah dirancang karena hanya memerlukan satu switch / transistor setiap lilitannya. Untuk menjalankan dan menghentikan motor ini cukup dengan menerapkan pulsa digital yang hanya terdiri atas tegangan positif dan nol (ground) pada salah satu terminal lilitan (wound) motor sementara terminal lainnya dicatu dengan tegangan positif konstan (VM) pada bagian tengah (center tap) dari lilitan seperti pada gambar berikut.

b. Motor Stepper Bipolar
Untuk motor stepper dengan lilitan bipolar, diperlukan sinyal pulsa yang berubah-ubah dari positif ke negatif dan sebaliknya. Jadi pada setiap terminal lilitan (A & B) harus dihubungkan dengan sinyal yang mengayun dari positif ke negatif dan sebaliknya. Karena itu dibutuhkan rangkaian pengendali yang agak lebih kompleks daripada rangkaian pengendali untuk motor unipolar. Motor stepper bipolar memiliki keunggulan dibandingkan dengan motor stepper unipolar dalam hal torsi yang lebih besar untuk ukuran yang sama.

4. Program [kembali]
void main()
{
TRISD=0b0000000;
PORTD=0b1111111;
do
{
PORTD=0b0000011;
delay_ms(500);
PORTD=0b0000110;
delay_ms(500);
PORTD=0b0001100;
delay_ms(500);
PORTD=0b0001001;
delay_ms(500);
}
while(1);

5. Flowchart [kembali]